永兴河北路综合管廊矩形顶管应用

北京大兴国际机场被誉为“新世界七大奇迹”之首，是我国规模最大的空地一体化综合交通枢纽机场及推动京津冀协同发展的重大公共交通枢纽。这个位于京津冀三地接壤地带的机场，将为京津冀协同发展注入新动能。地下综合管廊作为机场的生命补给线，北京大兴国际机场外围同步规划建设了4条综合管廊——北京大兴国际机场高速综合管廊、永兴河北路综合管廊、大礼路综合管廊、青礼路综合管廊。

中建一局北京新机场永兴河北路综合管廊工程下穿大广高速。矩形顶管机长9米、高5米，也叫矩形混凝土预制顶推设备。属北京首例矩形顶管工程、国内下穿高速公路断面最大的综合管廊顶管工程。

中建一局北京新机场管廊工程全长12公里。在新修道路下方4.5米，是一条平行于道路的巨大水泥管廊，内含电力、信号、燃气、自来水和消防水等通路。建成后，新机场的用电、用水、燃气与信号均从这条通路输入，换句话说，该项目将打通新机场的生命线。这也是体现京津冀一体化的重要战略工程。永兴河北路第五标段道路全长1.62公里，项目距离北京大兴国际新机场9.8公里，位于北京与河北交界，是新机场大动脉的最难一段。

中建一局北京新机场管廊工程这一关乎民生的工程面临的最大问题，是如何跨越大广高速。大广高速设计时速120km/h。北起黑龙江省大庆市，南至广东省广州市，是连接东北、华北、华中与华南的交通大动脉。管廊要通过大广高速，必然会扰动高速路基。现场土壤为黏质粉土和粉细砂，并有滞水，一旦开工，沉降是很难避免的。而业主提出的需求是工程造成沉降不得超过1.5毫米。

一般管廊施工分为两种，一种是明开断路，即暂时断开高速，露天开挖。由于大广高速通车量大，地位重要，中建一局北京新机场管廊工程项目经理朱军立决定：“坚决不能断路，我们再想想其他办法！”

于是，项目不得不考虑第二种方案浅埋暗挖。按一般的施工工艺，坑道分解为几小块依次人工开凿，按照“挖一段支护一段”的方法进行。但这样一来，地表道路沉降很难控制，施工人员安全风险高。而且工期将长达12个月。

如何既保证路面通行，又保障施工安全？项目多番查阅资料发现，有一种国内尚未推广的矩形盾构顶推施工新工艺，不仅能控制沉降，而且能
将工期缩短一半。但相关设备仍处于非标准化阶段。项目部查阅相关的工程资料，前往各地实地考察技术，研究后认为，矩形盾构顶推设备可以现场组装，在大广高速下施用。在项目经理的带领下，中建一局团队经过不懈努力，比选多种技术路线，多次组织专家论证，最终确定了矩形盾构顶推施工方案。

下穿大广高速的管廊总长129米，设计为“电力舱、水信舱、燃气舱、水舱”四舱，截面为矩形，尺寸为15.1米*4.7米。矩形盾构顶推采用并行两孔顶进，先凿通横截面尺寸9.1米*5.5米的一孔，再凿通7米*5米的另一孔。目前市面上只有一种盾构机尺寸与本项目相匹配，另一孔尺寸却没有与之匹配的盾构机，于是本项目加大投入，定做了一台土压平衡式顶管机。

施工的第一步是挖掘和支护工作井，第二步是300吨级大吊车将矩形顶管机的零件吊下始发井，现场组装。随着顶管机头部挖掘前进，地面上预制的矩形管片也将被一节节吊运下井，添加到顶管机的尾部，形成管廊。顶推到大广高速另一侧后，设备从接受井吊起。

与一般盾构机只有一个旋转刀盘不同，矩形顶管机的头部，是大小不一的7个刀盘（最大的直径4.2米）。多刀盘切削面积只占矩形断面的83%左右，刀盘切削不到的土体是通过挤压、搅拌而被排出的。边缘机壳上还设有合金铲齿来铲碎盲区的土体。最终可挖出一个矩形的坑道。

矩形顶管机的尾部是一节一节的预制管片组成。管片为抗渗高强度混凝土，之间依靠F型承插结构和钢垫圈，紧密结合，不留空隙。

矩形顶管机向前的动力，来自于尾部后端24台千斤顶，液压油缸组提供的3千多吨推力。施工过程中为控制高速路面的沉降、隆起在规定允许范围内，水土压力感应器和激光经纬仪将实时监测，顶进中机头一旦出现微小转角，刀盘就会反转，以回纠角度。

施工前，在洞口采用旋喷桩加固了坑道土体，防止顶推机进入时涌水涌泥，地面塌陷。另外，顶管机切削下来的泥土，将在泥土仓内变成塑性体泥团，通过螺旋出土器排出。排土量要控制好，配合矩形顶管机的前进速度，以平衡土压力和地下水压力。

另一项技术创新，是从管节的孔洞向外喷射一种“壁压注触变泥浆”，在矩形顶管机外形成一层润滑界面，不仅减小阻力，还能消除对上部土体的扰动。管廊内部最后将布置防水材料层，避免土壤水分渗漏进管廊。

为控制土压力平衡，顶推作业为24小时连续顶推，极大缩短了工期，比浅埋暗挖人工作业节省5个多月。顶推施工后，新管廊将与明挖段的较宽的管廊连接，形成一个喇叭口的形状。据项目部技术人员介绍，宽大的地下管廊，今后可供人员轻松进出穿越，为检修和设施扩建提供了极大方便，不必再“封路扒路，开膛破肚”。